钆掺杂碳量子点的制备及其双模态成像研究进展

荧光-磁共振成像(MRI)双模态分子探针突破了单一分子影像探针在灵敏度以及软组织分辨率等方面的局限性,在诊断和治疗等医学领域具有良好的应用潜力。钆掺杂碳量子点(Gd-CDs)是一种典型的荧光-MRI双模态分子探针,因其优异的荧光性能、良好的核磁共振成像能力和生物相容性等优点,在肿瘤的靶向性成像和监控诊疗方面具有广泛的应用前景。本文综述了目前Gd-CDs的制备、性能及其在双模态成像应用的研究现状,并提出目前存在的问题和前景展望。     

Gd3+与RGD共修饰量子点用于胰腺癌细胞的荧光及MR双模态成像

结合磁共振成像(MRI)和荧光成像技术,以钆离子(Gd3+)、量子点及精氨酸(R)-甘氨酸(G)-天冬氨酸(D)(RGD)多肽等为功能单元,采用纳米载体组装技术构建了MRI弛豫率/荧光效率高和靶向性强的Gd3+与RGD共修饰的量子点双模态纳米探针(QDs@Gd3+-RGD),并将其用于胰腺癌细胞的双模态成像.实验结果表明,QDs@Gd3+-RGD双模态纳米探针具有较高的弛豫率,且能对胰腺癌patu8988细胞进行荧光和T1-weighted MR成像.     

细菌感染成像的研究进展

由致病菌或条件致病菌侵入机体繁殖而产生的毒素和其它代谢产物所引起的感染性疾病是目前全球范围内的主要死亡原因之一. 感染性疾病的早期诊断是对其进行有效治疗与控制的重要途径. 分子影像技术的快速发展给体内细菌感染的评估带来了前所未有的变化和机遇. 本文综合评述了计算机断层扫描、 正电子发射断层扫描、 超声成像、 磁共振成像、 荧光成像及光声成像等成像方式在细菌感染体内成像中的研究进展、 不足和发展方向等, 以期为活体细菌感染检测方法的发展提供参考.     

氧化铁纳米颗粒在磁共振成像中的应用

目前临床诊断中钆基造影剂的应用十分广泛,然而其对人体的毒性无法忽视,因此研究者致力于低毒性造影剂的研发。氧化铁纳米颗粒(Iron Oxide Nanoparticles,IONP)因其超顺磁性在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)中具有良好的暗对比效果,并且具有良好的生物相容性。随着生物材料和分子影像技术的发展,IONP在MRI成像中的应用愈发广泛。近年来,IONP在多模态成像和诊断治疗一体化方面取得了进展。本文将以IONP的MRI成像机理、制备和表面修饰为基础,阐述近年来IONP在MRI成像应用的研究成果和问题,期望IONP取得更好的发展。     

多模态分子影像技术在肿瘤诊断中的进展

多模态分子影像技术融合多种影像学检测手段的优势，为肿瘤诊断提供了更加全面而精确的信息，实现在细胞及分子水平对肿瘤进行及时的个性化诊断、动态定量监测等。本文介绍了多模态分子影像技术的基本概念、实现方式，以及近年来多模态分子影像技术在肿瘤诊断中的应用进展，并展望了其发展趋势。     

手术导航用荧光探针

荧光成像技术因具有操作简便、分辨率高、安全性好且可实时成像等优势,在术中导航中具有广阔的应用前景。虽然目前还没有靶向荧光探针在临床上得到批准,但已经有相当一部分荧光探针进入了临床试验阶段。最早进入临床试验的是一些偶联肿瘤靶向配体的荧光染料,例如近红外菁染料(IRDye800CW)标记的肿瘤特异抗体,叶酸标记的异硫氰酸荧光素(EC17)等。近来,结构更复杂的荧光探针如酶反应激活型探针和PET/荧光双模态探针也逐步进入临床试验。本文依据近年来手术导航用荧光探针的最新研究进展,分别就受体介导的靶向荧光探针、可激活型靶向荧光探针、近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光探针、多模态荧光探针和诊疗一体化探针进行了分类讨论,重点对正在进行临床研究及具有临床转化前景的荧光探针的分子设计原理进行了分析与总结,并对手术导航用荧光探针未来的发展进行了展望。     

可激活磁共振成像纳米探针的制备及生物医学应用

在生物医学领域,磁共振成像是一种非常重要的疾病诊疗技术.近50%的磁共振检查已经涉及造影剂的应用.可激活磁共振成像纳米探针以优化信噪比为原则,借助特异性的生物分子识别作用或分子交互作用增强磁共振信号,提高了磁共振诊断的敏感性与特异性,推动着磁共振成像在生物医学领域的广泛应用.本文就目前国内外热门研究的可激活磁共振纳米探针的种类、原理等方面进行阐述,详细介绍了可激活磁共振纳米探针在生物医学上的应用,在前景方面也进行了展望.     

半花菁染料用于分子影像的研究进展

分子影像广泛用于基本的生物学过程研究,众多疾病诊断、治疗策略设计以及疗效评估.半花菁染料具有良好的光物理性质、生物相容性和对生物系统的低毒性,是一种比较理想的生物成像试剂.近年来,出现了大量基于半花菁染料的探针用于分子成像的研究工作.该文系统地介绍了基于半花菁染料的探针用于荧光和多模态成像的研究进展,详细地介绍了这些可...     

基于硅杂蒽类染料的荧光探针及其应用

近年来,荧光成像技术为人们研究活体细胞及组织内的化学生物学过程提供了有效的研究工具,可以无损、实时、原位地以高时空分辨率实现对目标物进行生物荧光成像与分析。荧光成像技术在生物学、环境监测、临床诊断和药物发现等诸多研究领域发挥着越来越重要的作用。生物荧光成像技术的最新进展对发展新型小分子荧光染料及探针提出了更高的要求。激发和发射波长位于近红外光区（600~900 nm）的荧光染料及探针由于具有光毒性低、生物分子自发荧光干扰小、光散射低、组织穿透能力强等优点,非常适合用于生物荧光成像领域。通过将罗丹明分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子--硅杂蒽类荧光探针。这类染料分子在保留了氧杂蒽荧光染料优越的光学性质的同时,光谱发生明显红移,满足了近红外荧光检测的要求,具有良好的生物相容性。本文综述了近年来基于硅杂蒽及其衍生物荧光探针的合成及在金属离子、pH值、小分子、生物酶等检测方面的研究进展,并且简要阐述了基于硅杂蒽类探针分子的识别检测机理以及其在生物成像等方面的应用。     

三维光学断层技术在活体成像中的应用

三维光学断层成像(Three Dimensional Optical Tomography Imaging)是以光学探针标记的分子或细胞为成像源,在外部光源的激发下产生发射光,通过测量组织边界处的光强,结合光子在组织中的传播模型,来重建出组织内部发射光分布图像以及组织光学参数。三维光学断层成像能够提供目标物在生物体内的分布信息,克服平面成像的局限性。因此,在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测、揭示机体功能变化等方面有着很大的应用潜力。本文总结了光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography,OCT)、荧光分子断层成像(Fluorescent Molecular Tomography,FMT)、生物自发光断层成像(Bioluminescence Tomography,BLT)、切伦科夫荧光断层成像(Cerenkov Luminescence Tomography,CLT)等三维光学断层活体成像技术的新进展,分析了其在实际应用中所面临的技术挑战并探讨了相应的解决方案。     

同步辐射X射线成像技术在脑成像研究中的应用

脑疾病的诊疗、 探索高级脑功能机制和理解意识本源对脑科学研究具有重要意义. 成像技术在阐明脑科学神经系统结构和功能中发挥了重要作用. 迄今, 核磁共振成像、 光学成像和电子显微镜成像技术已为脑科学研究提供了强有力的手段, 取得了突出的进展. 同步辐射X射线显微成像技术具有高分辨率、 快成像速度和高穿透深度等优点, 是一类与已有技术互补的新型脑成像技术. 本文介绍了核磁共振波谱、 光学显微镜和电子显微镜等成像方法在脑成像领域中的应用, 重点阐述了同步辐射X射线成像的优势以及在脑结构成像和功能成像中的应用. 在此基础上, 展望了同步辐射X射线成像应用于脑科学研究的未来发展方向, 讨论了该技术在绘制人脑联接图谱中的优势及可行性.     

分子影像探针

分子影像是近年出现并迅速发展的一个生物医学领域,在疾病的治疗与诊断中发挥着重要作用。同时它又是一门交叉学科,涉及化学、医学、生物、计算机科学、放射科学、材料科学等。分子影像的发展除了需要先进的成像设备外,最关键的是合成新型而高效的成像探针。目前,分子影像探针广泛应用于科学研究和临床,并且也取得了巨大进步。本文主要综述了5种常见的分子影像探针:超声成像探针、X-射线计算机断层成像探针、光学成像探针、核磁共振成像探针、正电子发射计算机断层扫描成像探针,并对分子影像探针的应用进行了概述,最后对分子影像探针的发展进行了展望。     

多种超分辨荧光成像技术比较和进展评述

所见即所得是生命科学研究的中心哲学,贯穿在不断认识单个分子、分子复合体、分子动态行为和整个分子网络的历程中。活的动态的分子才是有功能的,这决定了荧光显微成像在生命科学研究中成为不可替代的工具。但是当荧光成像聚焦到分子水平的时候,所见并不能给出想要得到的。这个障碍是由于受光学衍射极限的限制,荧光显微镜无法在衍射受限的空间内分辨出目标物。超分辨荧光成像技术突破衍射极限的限制,在纳米尺度至单分子水平可视化生物分子,以前所未有的时空分辨率研究活细胞结构和动态过程,已成为生命科学研究的有力工具,并逐渐应用到材料科学、催化反应过程和光刻等领域。超分辨成像技术原理不同,其具有的技术性能各异,限制了各自特定的技术特色和应用范围。目前主流的超分辨成像技术包括3种:结构光照明显微镜技术(structured illumination microscopy, SIM)、受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion, STED)和单分子定位成像技术(single molecule localization microscopy, SMLM)。这些显微镜采用不同的复杂技术,但是策略却是相同和简单的,即通过牺牲时间分辨率来提升衍射受限的空间内相邻两个发光点的空间分辨。该文通过对这3种技术的原理比较和在生物研究中的应用进展介绍,明确了不同超分辨成像技术的技术优势和适用的应用方向,以方便研究者在未来研究中做合理的选择。     

细胞膜上信号转导蛋白的单分子成像与分析

结合本课题组的研究工作, 介绍了单分子荧光成像原理、 荧光标记方法及数据分析方法, 并进一步综述了单分子荧光成像在几种重要的膜蛋白信号转导分子机制和相关药物研究中的进展.     

Emerging applications of near-infrared fluorescent metal nanoclusters for biological imaging

Recent advances in the development of near-infrared fluorescent metal nanoclusters for bioimaging applications have been thoroughly overviewed.     

High-Field Detection of Biomarkers with Fast Field-Cycling MRI: The Example of Zinc Sensing

Many smart magnetic resonance imaging (MRI) probes provide response to a biomarker based on modulation of their rotational correlation time. The magnitude of such MRI signal changes is highly dependent on the magnetic field and the response decreases dramatically at high fields (>2 T). To overcome the loss of efficiency of responsive probes at high field, with fast-field cycling magnetic resonance imaging (FFC-MRI) we exploit field-dependent information rather than the absolute difference in the relaxation rate measured in the absence and in the presence of the biomarker at a given imaging field. We report here the application of fast field-cycling techniques combined with the use of a molecular probe for the detection of Zn²⁺ to achieve 166 % MRI signal enhancement at 3 T, whereas the same agent provides no detectable response using conventional MRI. This approach can be generalized to any biomarker provided the detection is based on variation of the rotational motion of the probe.     

医疗诊断新技术--磁共振成像术

本文介绍了2003年诺贝尔生理医学奖项的内容-磁共振成像技术。简述了核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)的基本原理,介绍了目前MRI造影剂的研究进展。     

Activity‐Based Sensing: A Synthetic Methods Approach for Selective Molecular Imaging and Beyond

Emerging from the origins of supramolecular chemistry and the development of selective chemical receptors that rely on lock‐and‐key binding, activity‐based sensing (ABS)—which utilizes molecular reactivity rather than molecular recognition for analyte detection—has rapidly grown into a distinct field to investigate the production and regulation of chemical species that mediate biological signaling and stress pathways, particularly metal ions and small molecules. Chemical reactions exploit the diverse chemical reactivity of biological species to enable the development of selective and sensitive synthetic methods to decipher their contributions within complex living environments. The broad utility of this reaction‐driven approach facilitates application to imaging platforms ranging from fluorescence, luminescence, photoacoustic, magnetic resonance, and positron emission tomography modalities. ABS methods are also being expanded to other fields, such as drug and materials discovery.     

单细胞成像分析研究进展

本文综述了近年来单细胞成像分析方法的研究进展。重点讨论了图像细胞光度测量、荧光显微成像、红外(近红外)与拉曼显微成像、磁共振成像和扫描探针显微镜成像等技术,并展望了单细胞成像的发展前景。